Лунная программа NASA Artemis сталкивается с проблемами, с которыми никогда не сталкивались миссии «Аполлон».
Когда астронавты «Аполлона-17» вернулись с Луны в 1972 году, они не могли знать, что станут последними людьми, которые посетят другую планету на более чем 50 лет. Но с тех пор ни один астронавт не рискнул выйти за пределы околоземной орбиты, даже несмотря на то, что президенты Джордж Буш-младший, Барак Обама, Дональд Трамп и Джо Байден планировали лунные миссии. Наконец, НАСА готовится отправить людей обратно на Луну в полете Artemis II, старт которого запланирован на осень 2025 года. Почему это было так сложно?
Эта новая миссия похожа на полет «Аполлона-8» в 1968 году, когда три человека облетели Луну без приземления, а затем вернулись на Землю. Artemis II отправит четырех астронавтов в 10-дневное путешествие вокруг Луны в рамках первого пилотируемого испытания новой ракеты NASA Space Launch System (SLS) и космической капсулы Orion.
Решение делать что-то «не потому, что это легко, а потому, что это трудно» является одним из обоснований, которые президент Джон Ф. Кеннеди произнес в своей знаменитой речи в 1962 году, пытаясь мобилизовать поддержку программы «Аполлон». И то, что было верно тогда, остается таковым и сегодня — на самом деле, достичь Луны может быть еще сложнее, чем это было десятилетия назад.
Программа NASA Artemis страдает от длительных задержек, перерасхода средств и неожиданных проблем. У неё есть общие черты со многими наземными программами, такими как модернизация метро и строительство автомагистралей, которые также, кажется, занимают гораздо больше времени и часто стоят гораздо дороже, чем в (сомнительно) старые добрые времена. Неужели сейчас сложнее создавать великие вещи? И когда речь заходит о Луне, почему повторение подвига, совершенного США более полувека назад, должно занять так много времени?
Следующий шаг Аrtemis — это, по сути, повторение «Аполлона-8», но у программы грандиозные амбиции, которые выходят за рамки Луны. «В конце концов, наша заявленная цель — Марс», — говорит Мэтью Рэмси, руководитель миссии Artemis II. «Это очень сложно — добраться до Марса и жить на Марсе — и поэтому мы берем это небольшими кусочками».
Первая миссия программы, Artemis I, отправила беспилотный космический корабль вокруг Луны и обратно в 2022 году. После Artemis II, с третьей по шестую части люди будут доставлены на наш естественный спутник, а затем будут установлены части Lunar Gateway, космической станции, вращающейся вокруг Луны. Более поздние миссии также будут сосредоточены на создании пригодных для жизни лагерей на лунной поверхности.
Программа Artemis, едва оторвавшаяся от земли, уже столкнулась с длительными задержками, и программа сталкивается со значительными проблемами, изложенными в недавнем аудите офиса генерального инспектора НАСА. Во-первых, к 2025 году она поглотит 93 миллиарда долларов, что на миллиарды больше, чем ожидалось. Во-вторых, миссия Artemis I выявила «критические проблемы, которые необходимо решить, прежде чем отправлять экипаж на миссию Artemis II», согласно аудиту: теплозащитный экран капсулы «Орион», например, сломался не так, как предсказывали инженеры, по причинам, которые они до сих пор не понимают. Болты на космическом корабле столкнулись с «неожиданным плавлением и эрозией». А энергосистема испытывала аномалии, которые могли оставить будущий экипаж без адекватной энергии и резервирования, а может быть, и без движителя или наддува.
Согласно отчету, эти «аномалии» — термин, который космические инженеры используют для обозначения больших проблем — «представляют значительные риски для безопасности экипажа». И они добавились к другим проблемам с оборудованием, данными и связью. Кроме того, генеральный инспектор обнаружил, что первоначальный запуск нанес непредвиденный ущерб системе, что привело к ремонту на сумму более 26 миллионов долларов, что намного больше, чем планировала команда.
Может показаться странным, что сегодняшние лунные миссии настолько сложны, учитывая, что мы делали это раньше. Но обстоятельства не те, говорит Скотт Пейс, директор Института космической политики в Университете Джорджа Вашингтона. «Окружающая среда в мире совсем другая», — говорит он. США больше не участвуют в космической гонке — экзистенциальной битве за то, чтобы опередить СССР и быть первыми, кто сделает что-то за пределами Земли. В то время в игре была динамика холодной войны, и новые независимые страны решали, какой системе управления следовать — решение, на которое (теоретически) могла повлиять способность демократической страны осваивать космос. Учитывая эти ставки, правительство США было готово вбросить огромные суммы денег в программу «Аполлон» в короткие сроки.
«Артемида» стоит дорого, но «Аполлон» был непомерным: по данным Планетарного общества, программа обошлась примерно в 290 миллиардов долларов в сегодняшних долларах, по сравнению с 93 миллиардами долларов у «Артемиды». В те годы НАСА часто получало 4 процента национального бюджета. Сегодня повезло получить около 1 процента, с дополнительным бременем многих других космических аппаратов, телескопов и исследовательских проектов, выходящих за рамки полетов человека в космос.
Это сокращение бюджета имеет смысл, считает Джон Логсдон, почетный профессор Университета Джорджа Вашингтона и основатель Института космической политики. «Нет причин тратить деньги так, как будто это война», — говорит он. «На самом деле нет никаких национальных интересов или политических интересов, которые обеспечивали бы основу для такого рода мобилизации на данном этапе».
Эта более слабая динамика сокращает доступную пачку наличных денег и направляет планирование космических миссий в более извилистое русло. В 1960-х годах Кеннеди заявил, что в этом десятилетии страна отправится на Луну, что и произошло. В наше время планы космических полетов, установленные одним президентом, часто отменяются другим, чтобы позже воскреснуть в другой форме. В результате траектория движения к Луне (и дальше) зигзагообразна.
Мировой порядок также изменился, и космические миссии, как правило, теперь являются глобальным сотрудничеством, отмечает Пейс. Программа Artemis является результатом сотрудничества между Японией, Канадой, Объединенными Арабскими Эмиратами и Европейским космическим агентством. Это международное участие на самом деле является важной частью смысла программы. «У Артемиды есть научные цели — вернуться на Луну и все такое», — говорит Пейс. «Но это также способ формирования международной среды для космоса». Это формирование гораздо важнее, чем в 1960-х годах, когда люди меньше полагались на надземную инфраструктуру. Сегодня орбитальные космические аппараты обеспечивают многие функции жизнедеятельности.
Но работа с другими странами, некоторые из которых создают оборудование для Artemis, занимает больше времени, чем работа в одиночку — точно так же, как работа над групповым проектом может принести больше удовольствия, чем просто одиночная работа всю ночь. По словам генерального инспектора НАСА, глобальный характер программы также увеличивает расходы, и у НАСА нет всеобъемлющей стратегии для работы со всеми партнерами, которых оно привлекает.
Однако, по мнению Пейса, ни один из этих факторов не является главным камнем преткновения на лунной траектории. Самая большая проблема, несмотря на то, что США уже были на Луне, заключается в том, что мы не были на Луне в последнее время. «Мы остановились, а потом забыли», — говорит он. То, что вы пробежали олимпийский марафон 50 лет назад, продолжает он, не означает, что вы можете сделать это снова завтра.
Northrop Grumman, тем временем, управляет ракетными ускорителями, которые прикреплены к боковым сторонам основной ступени. Они обеспечивают SLS более 75 процентов ее мощности при запуске. Большая часть инженерных разработок ускорителей пришла из программы космических шаттлов, и в некоторых случаях части их оборудования действительно летали на шаттлах. Эти ускорители, как и ракеты, используют твердое ракетное топливо, а не жидкое. «Вы хотите уйти от гравитационного колодца Земли и из плотной части атмосферы, где сопротивление велико, как можно быстрее», — говорит Марк Тобиас, заместитель инженера по ракете-носителе SLS. «И это то, что на самом деле делает твердотопливная силовая установка. Это чистая лошадиная сила».
Существует план использования оборудования из предыдущих космических программ. Как пример, система космического запуска, например, изначально была разработана для программы «Созвездие», стратегии, разработанной при администрации Джорджа Буша-младшего для завершения строительства Международной космической станции и восстановления человеческого присутствия на Луне. Конгресс постановил, что ракета должна повторно использовать технологии из тогда еще несуществующей программы космических шаттлов. Но Обама отменил программу «Созвездие» в 2010 году, а в 2017 году Трамп одобрил программу «Артемида» с целью наконец-то отправить людей обратно на Луну и проложить путь к исследованию Марса. Опять же, новый план требовал, чтобы НАСА использовало некоторые технологии, которые были разработаны для Constellation, что, в свою очередь, повлекло за собой перепрофилирование старых технологий космических шаттлов. Эти мандаты были продавлены конгрессменами, представляющими регионы, в которых располагались производственные центры для запчастей для шаттлов. Но перенос и преобразование этих технологий оказались трудными. Согласно отчету генерального инспектора НАСА, приведение деталей ракеты в современную эпоху — например, замена асбестовых деталей — и их модернизация для новой ракетной системы обошлись гораздо дороже, чем ожидалось.
Аэрокосмическая компания Aerojet Rocketdyne строит двигатели, и, как и в случае с ракетными ускорителями, заставить старые двигатели шаттлов работать на Artemis было сложно и дорого. SLS — гораздо более длинная ракета, чем космический челнок. Растянутые размеры потребовали замены двигателей для работы с кислородом, поступающим под более высоким давлением. Двигатели также находятся ближе к ускорителям, чем они были на шаттле. «Это экстремально теплая среда», — говорит Майк Лауэр, директор программы двигателей, поэтому требуется экстремальная изоляция.
Двигатели Artemis также будут испытывать более облученную среду на Луне (а затем и на Марсе), чем на орбите шаттла. Чтобы справиться с этим изменением, нужно было повозиться с компьютером, который живет на каждом двигателе и который Лауэр называет его «мозгом». Эти мозги также нуждались в модернизации, поскольку компьютеры сильно отличаются от тех, что были в 1990-х годах. Новый и усовершенствованный мозг может контролировать работу двигателей, в том числе во время надвигающейся катастрофы. «Можно сделать что-то, чтобы исправить или спасти миссию и, в худшем случае, выключить двигатель до того, как он взорвется», — говорит Лауэр. Во время «Аполлона» инженеры не могли знать о проблемах достаточно быстро, чтобы решить их. Сегодня, по его словам, несмотря на то, что астронавты в основном катаются на бомбе, «за этой бомбой следят очень пристально».
Однако модернизация была сложной и потребовала поиска новых поставщиков, потому что многие, кто работал над космическим шаттлом, больше не производили соответствующие детали.
Находясь на пике летающих бомб, НАСА относится к людям с более мягким отношением, чем в 1960-х годах, когда оно пикировало летчиков-истребителей и отправляло их в космос. Это очевидно в дизайне Orion, построенном компанией Lockheed Martin.
Блейн Браун (Blaine Brown), директор по механическим системам Orion, и его команда провели расчеты о том, какие суровые условия выдержат эти системы, и спроектировали их так, чтобы они выдерживали в несколько раз больше того, что кто-либо ожидает от них испытать, будь то высокие температуры или интенсивные силы ускорения. По мере того, как они совершенствуют космический корабль, инженеры продолжают проводить детальное моделирование материалов «Ориона» и нагрузок, которым будет подвергаться капсула, углубляясь в детали потенциальных слабых мест в зернистой форме, с которой логарифмические линейки 1960-х годов не могли справиться. Они также проводят рентгеновский контроль сварных швов и блоков, образующих теплозащитный экран, который предотвращает возгорание капсулы, когда она возвращается обратно через атмосферу.
«Мы понимаем гораздо больше», чем инженеры во время «Аполлона», — говорит Браун. Тем не менее, неожиданности всплывают, как в случае с ухудшившимся тепловым экраном Orion, в котором, несмотря на все причудливые компьютерные симуляции, не хватало кусков после первого входа в атмосферу. Даже с сегодняшними вычислительными мощностями нет никакой гарантии идеальных результатов. Очевидно, что «Аполлон» работал без этого анализа. Но как только такие возможности прогнозирования становятся доступными, инженеры почти обязаны использовать их, чтобы точно понять, чему они будут подвергать астронавтов.
Отношение общества к риску изменилось со времен космической гонки, говорит специалист по биоэтике Джеффри Кан из Университета Джона Хопкинса. Он участвовал в работе групп, которым было поручено провести независимый анализ этики жизни астронавтов для Национальной академии наук, в том числе о том, какие опасности вообще стоят поездки. Это уравнение затрат и выгод привело к различным расчетам в 1960-х годах.
В то время мы не знали о некоторых рисках, о существовании которых мы знаем сейчас, поскольку в то время космос был новым рубежом. Астронавты происходили из той старой формы «правильных вещей». «Астронавты ездили на мотоциклах и ездили на быстрых автомобилях», — говорит Кан, в дополнение к тому, что они были летчиками-испытателями. Сегодня все больше людей отправляются в космос по большему количеству причин. «Астронавты — это не какой-то отдельный вид», — говорит Пейс.
Если бы что-то пошло не так, реакция на эту гипотетическую аварию, вероятно, была бы более яростной, чем когда, например, три астронавта погибли во время пожара на «Аполлоне-1» в 1967 году. После этой трагедии призывы к отмене или даже значительной задержке были минимальными. Теперь, по словам Логсдона, программа «Артемида» может не иметь достаточной политической поддержки, чтобы пережить смертельный исход. Таким образом, «Артемида II» и последующие миссии должны быть максимально безопасными, чтобы оставаться таковыми.
Возвращение на Луну — не единственная современная задача, связанная с задержками и бюджетными раздуваниями. Многие крупномасштабные начинания со временем стали сложнее и дороже.
